数控铣床系统加工方法探究

数控技术是先进制造技术的基础和核心，是一项共性技术，反映了一个国家的制造技术水平和工业水平。数控系统作为数控机床的一个核心部分是各国竞相发展的高新技术，其技术复杂，难度大。它涉及到传统的加工制造、自动化控制、电气传动、传感检测、信息加工处理等多项技术。数控机床是由普通机床和数控系统组合演变而来的。数控系统采用计算机数字控制方式，它各个坐标方向的运动均采用单独的伺服电动机驱动，取代了普通机床上联系各坐标方向运动的复杂齿轮传动链。其工作原理是将加工零件的几何信息和工艺信息编制成程序，由输入装置送入计算机，经过计算机的信息处理和插补运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转化、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使各轴精确地走到所要求的位置。

数控机床是一种科技含量高、精密度高，专门用于加工复杂空间曲面的机床，它对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的重要手段。机床调试完成后，在原来的基础上通过对五轴联动数控机床的结构形式和UG系统功能的研究，利用UG建立机床的仿真模型，对机床加工过程进行三维运动仿真，并检测加工过程中刀具与机床部件和工件夹具之间的干涉碰撞及工件的过切，欠切，确定干涉碰撞发生的位置和相应的NC程序段，并为对先前的设计和NC程序的修改提供依据。

为了满足市场和科学技术发展的需要，为了满足现代制造技术对数控技术提出的更高要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。

为追求加工效率、加工质量、驱动性能、使用连接方便、简化编程操作、诊断，监控的智能化，数控系统中应具备自适应控制、工艺参数自动生成、前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定、自动编程、系统的诊断及维护等功能。为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性。加工过程的动态图形仿真验证己成为数控图形自动编程系统中刀具轨迹验证的重要手段。采用实体造型技术建立加工零件毛坯、机床、夹具及刀具在加工过程中的实体几何模型，然后将加工零件毛坯及刀具的几何模型进行快速，最后采用真实感图形显示技术，把加工过程中的零件模型、机床模型、夹具模型及刀具模型动态地显示出来，模拟零件的实际加工过程。其特点是仿真过程的真实感较强，基本上具有试切加工的验证效果，但它需要大量复杂的三维图形计算，对硬件环境要求很高，也较难实现高度的集成化和网络化。

由于先进制造业的飞速发展以及对生产过程高效率、高智能化的要求，单纯的几何仿真已经不能满足需要。因此在实际加工过程之前要对切削过程进行仿真、预测与分析。但由于加工过程的复杂性和加工形式的多样性，以及当前的需求，今后一段时间数控加工仿真研究方向应集中于以下几个方面，三维实体能够较为全面地模拟实际加工过程，但计算量大，如何优化计算方法，增加仿真的实时性，降低对硬件环境的要求是加工过程仿真技术需要解决的问题，也是计算机图形学、计算机仿真学共同面临的具有较大难度的问题。加工过程仿真作为先进制造技术的组成部分，适应整个制造系统的集成化、网络化环境是必然要面临的问题，而且根据并行工程、敏捷制造的思想，仿真的结果要及时地反馈到等相关子系统，这也对集成化、网络化提出了要求。将虚拟现实技术、虚拟制造技术应用于加工过程仿真，更能全面、真实地反映加工过程，并可提供一定的交互功能。数控加工仿真需要多方参与，仿真过程所需的原始数据往往来自多个部门的数据库，这些部门在地理上是分布的，甚至有可能分布在世界的不同地区。

虽然目前在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面己取得很大进展，但由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题仍十分困难，其中最主要的如加工过程中的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验与修正是十分必要的。

加工程序的检验方法大致有以下几种：方法之一是在正式加工前让机床“空运行”，空运行只能对机床运动是否正确及有无干涉碰撞做粗略的估计;方法二是采用实物“试切”的方法，则可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断。但这种方法不仅浪费人力物力，而且延缓了生产周期，增加了产品开发成本，降低了生产效率，此外试切过程的安全性也得不到保障;方法三是在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，可以快速、安全和有效地对NC程序的正确性进行较准确的评估，并可根据仿真结果对NC程序迅速地进行修改，免除反复的试切过程，降低材料消耗和生产成本，提高工作效率。因此，数控加工过程的计算机仿真是NC程序的高效、安全和有效的检验方法。

随着计算机技术的不断改善和计算机图形技术的飞速发展，数控加工仿真技术已能对复杂的加工运动过程进行仿真，并出现了一些商品化的数控加工仿真软件，这些仿真软件可在计算机上对加工中机床、刀具的运动和切削，进行空间立体的、真实形象的显示，并进行过切与欠切、机床和夹具系统与刀具之间的碰撞检验，在计算机上实现快捷有效的零件程序检验。此外，有些仿真软件还可进行简单的切削负荷和速度优化检